【正文】 ering 光電探測器的噪聲 光電探測器概述 噪聲的基本概念 噪聲的表示方法 探測器噪聲分類 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 信號平均值處有 隨機 起伏－－含有 噪聲 例如： 放音機的噪聲 激光器的噪聲 光電探測器的噪聲 噪聲的基本概念 噪聲 影響信號（特別是弱信號）的測量和處理 2ni 2nu用均方噪聲 多個噪聲源 （互不相關） 2222 12 nknnn iiii ???????總 光電探測器的噪聲 噪聲的表示方法 噪聲功率譜 光電探測系統(tǒng)噪聲： 光電探測器的噪聲 噪聲 影響信號（特別是弱信號）的測量和處理 光電探測器的噪聲 探測器的噪聲 1．熱噪聲 (Johnson噪聲 ) 2. 散粒噪聲 3．產生－復合噪聲 4． 1/f 噪聲 5．溫度噪聲 1．熱噪聲 (Johnson噪聲 ) 熱噪聲是由于載流子的熱運動而引起電流或電壓的隨機起伏。 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的光電效應 金屬或半導體受到光照時，電子從材料表面逸出這一現(xiàn)象稱為 光電發(fā)射效應 。因此，光電導器件一般是由 高阻材料 制成或者在 低溫下 使用。 擴散系數(shù) D和 擴散長度 L 半導體的基礎知識 ? ? ? ? ????????????pLxpxp e x p0cpp DL ??neDJ nnD ??ppDJ ppD ???2．漂移 載流子受電場作用所發(fā)生的運動稱為漂移。 載流子的分布 導帶中電子的濃度 價帶中空穴的濃度 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering －－熱平衡條件下，能量為 E的能級被 電子占據(jù)的概率 為： )e x p (11)(fnkTEEEf???Ef－－費米能級 載流子的分布 服從費米統(tǒng)計分布規(guī)律 費米能級 Ef 的物理意義 )e x p (11)(fnkTEEEf??? fEE ? )(n ?EfEf的意義是電子占據(jù)率為 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering )e x p (11)(fnkTEEEf???電子占據(jù)概率： 空穴占據(jù)概率： )e x p (11)(1fnpkTEEEff?????光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 載流子的分布 導帶中電子的濃度 價帶中空穴的濃度 占據(jù)概率： )e x p (11)(fnkTEEEf???)e x p (11)(fnkTEEEf???fn ( ) e x pEEfEkT?????????cfnc( ) e x pEEfEkT?????????導帶中電子占據(jù)的概率： f 5E E k T??cfc e x pEEnNkT?????????導帶中總的電子濃度： 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering ?????? ???kTEENn fcc e x p導帶 電子濃度： 價帶 空穴濃度： ?????? ???kTEENp vfv e x p 載流子的分布 本征和雜質半導體中的費米能級： 用費米能級描述載流子分布 －－ “標尺” 半導體費米能級推導 練習：畫出輕摻雜 N型和重摻雜 N型 費米能級示意圖 熱平衡態(tài) 半導體的基礎知識 載流子的分布 導帶中電子的濃度 價帶中空穴的濃度 用費米能級 Ef描述： 本征半導體 N型半導體 P型半導體 總 結： 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的基礎知識 能帶理論 熱平衡狀態(tài)下的載流子 半導體對光的吸收 非平衡狀態(tài)下的載流子 載流子的擴散與漂移 1．吸收定律 Φ(x)=Φ0(1－ r)eαx α=4πμ/λ 半導體的基礎知識 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 本征吸收 半導體對光的吸收 非本征吸收 本征吸收： 光子能量足夠大，價帶中的電子能激發(fā)到導帶 gg EchEhv ???或? ?gg0 ?? EEhc ??－截止波長 產生 電子－空穴 對 條件： 特點： 本征吸收： 本征半導體 和 雜質半導體 內部，都有可能發(fā)生 本征吸收 ?。?！ 特別注意： 非本征吸收： ? ? ? ?aa0dd0 EEhcEEhc???? ?????? ?? 或光子能量不足以使價帶中的電子激發(fā)到導帶 ，包括雜質吸收、 自由載流子吸收 、 激子吸收 、 晶格吸收 雜質吸收： N型半導體 施主束縛電子 ?導帶 P型半導體 受主束縛空穴 ?價帶 本征吸收 電子 －空穴 對 雜質吸收 ? ?gg0 ?? EEhc ??本征吸收 雜質吸收 0? 波長增大 ? ? ? ?aa0dd0 EEhcEEhc?????????? ?? 或本征吸收與非本征吸收比較： 電子 或 空穴 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 半導體的基礎知識 能帶理論 熱平衡狀態(tài)下的載流子 半導體對光的吸收 非平衡狀態(tài)下的載流子 載流子的擴散與漂移 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 1． 非平衡載流子的注入和復合 2. 非平衡載流子的壽命 半導體的基礎知識 1．非平衡載流子的注入和復合 非平衡載流子 （過剩載流子） 光生載流子 熱生載流子 1．非平衡載流子的注入和復合 產生： 復合： －－使非平衡載流子濃度增加的運動 －－使非平衡載流子濃度減小的運動 壽命？？？ 光生載流子的平均生存時間稱為光生載流子的壽命，用 τc表示。cm 103— 1012Ωsr1) 輻［射］亮度 Le 瓦 /平方米球面度 (Wm2) 輻［射］出度 Me 瓦 /平方米 (W 輻射度學 電磁波 客觀 光度學 可見光 主觀 （生理、心理） 光電科學與工程學院 College Of Optoelectric Science and Engineering 電磁波 （ Emission ） 可見光 （ Visible light ） －－輻射度量， Xe －－光度量， Xv . 2 輻射度量 1．輻射能 Qe 2．輻射通量 Φe 又稱輻射功率， 簡稱功率 單位： W 計算 光電探測器 的光電轉換能力常用 輻射功率 分析 強光 對光電探測器破壞機理常用 輻射能量 單位： J . 2 輻射度量 3．輻射強度 ),( ??eI在給定方向上的立體角元內，輻射源發(fā)出的輻射通量與立體角元之比 ? ?ΩΦIdd, ee ???單位： W/sr(瓦 /球面度 ) 輻射強度反映了輻射源能量分布的什么特點？ 3．輻射強度 ),( ??eI輻射源多為各向異性的，即 Ie隨 方向而改變 ),( ??超高壓球形氙燈輻射強度分布 4．輻射出度 Me與輻射亮度 Le 輻射出度 Me SΦMdd ee ?面輻射源元的輻射能力 4．輻射出度 Me與輻射亮度 Le 輻射出度 Me SΦMdd ee ?輻射亮度 Le ? ? ???? c o sdd dc o sd d, e2ee ????? ΩS ΦS IL面輻射源元的輻射能力 面輻射源沿不同方向的輻射能力的差異 5．輻射照度 Ee 輻射接收面上單位面積接受的輻射通量 單位： W/m2 （瓦 /平方米） eeddΦES??? SΦMdd ee ?比 較： 輻射照度 Ee 輻射出度 Me 例：常見的幾種顯示器 為了反映顯示屏的特性，用上述哪個參數(shù)描述合適？為什么？ 為了描述顯示器的每個局部面元在各個方向的輻